Projectje: Zware MOSFET koelen met een Intel socket H koeler

Een AC load? Hoe heb je dat dan gedaan? Dat schema ben ik dan ook nog wel in geïnteresseerd...

PS Het is me hier niet specifiek te doen om een 'dummy load', deze print is slechts een mechanische oplossing om deze koelers te kunnen gebruiken met courante transistors.

[Bericht gewijzigd door Kruimel op maandag 3 november 2025 18:58:09 (47%)]

Ik heb net contact gehad met baco en volgend die man zijn er nu nog steeds genoeg van fets op voorraad.

Maar een echte aantal wilde hij me niet geven.

Ik zal spaarzaam zijn met de fets en mocht iemand er nog wat nodig hebben dan hoor ik het wel.

Een AC load? Hoe heb je dat dan gedaan?

Dat is een DC load die je in een diode brug plaatst.

Een 1000W dummy load wil bouwen, maar "nog zoekt naar een schema";

Nee niet echt ik heb al een schema maar vroeg me af of je een betere had. Constante stroom is geen probleem maart zoek nu iets betere voor constante weerstand.

Nog nooit een dummy load of voeding heeft gebouwd, maar het wel kan "omdat hij er al eentje heeft";

Heb toch al de nodige voedingen en dummy loads werkend gebouwd.

Een heel specifieke behoefte heeft aan een totaal aspecifieke "heel grote stroom" en "circa 300V";

Ja ik ben ook maar een mens en hou van van vrij extreem veel stroom.

Die niet snapt dat je dit met deze FETs in één dummy load ook gewoon kan met omschakelbare shunts (waarom zou je twee verschillende maken met exact dezelfde FET's?);

De shunt is geen probleem het ging me meer om je eigen verhaal in een ander topic over de source weerstanden die je nodig hebt. En die source weerstanden beperken dan ook de stroom per fet nogal hard. Als je de weerstanden berekent hebt op 1A max per fet dan ga ja daar er niet meer uit halen. Dus op basis van jouw eigen eerdere verhaal kwam ik tot die gedacht. Maar ik heb wel een idee hoe dat anders kan.

Zo een transistor niet herkent zonder een forum als dit.

Iedereen heeft soms wel een beetje hulp nodig. Mij specialiteit zit hem niet in de elektronica componenten kennis maar meer in het gebied van metaal, gereedschap en machines. Sorry dat ik het niet wist.

Vandaag kwamen er een aantal onderdelen binnen, waaronder de NTC die ik wilde monteren voor ik alles in elkaar ging solderen. Het type dat ik heb gebruikt is de Murata NCP21WF104J03RA (datasheet bijgesloten). Die is 100kΩ op 25°C, en zou tussen de 2,5 en 5kΩ moeten zijn in het kritische bereik. Ik zit te broeden op een schakeling te bouwen waar de stroom voornamelijk door dit component wordt geregeld. Hier zit hij netjes op zijn pads gesoldeerd:

Bij het solderen voel je dat de pads echt de warmte uit je soldeerbout zuigen, wat betekent dat de thermische verbinding met de andere kant van de PCB in elk geval aardig moet zijn. Na de NTC heb ik de andere print vastgesoldeerd en de MOSFET geplaatst:

Het verbindingsmechanisme met TH pads die voor de uitlijning zorgen was niet superhandig. Het is gedoe om daar netjes een pin in te solderen, dus voor de volgende print zal ik daar waarschijnlijk iets nieuws voor bedenken.

De source-/emitter-weerstand is ook niet optimaal voor mijn model weerstand (wat ironisch is, want ik heb de print zelf ontworpen), maar er is in elk geval ruimte. De gate-/basis-weerstand past in de uitsparing van de kleine print:

Toen ik begon na te denken over de schakeling die ik aan wilde sluiten merkte ik wel dat ik eigenlijk nog twee sets Kelvin-aansluitingen had moeten maken voor de source-/emitter-weerstanden. Nu zal ik dat wel met wat losse draadjes doen, maar voor de stromen die ik voorzie met een 12V voeding is dat misschien wel handig.

Toen ik de transistor vast had gesoldeerd en geklemd vond ik de druk op de transistor toch een beetje te laag, en ik heb ik het siliconen isolatieplaatje dubbel gedaan onder de transistor. Voor de hypothetische volgende versie zou een 2mm print optimaal zijn. Dit gezegd hebbende denk ik dat ik waarschijnlijk gewoon weer de (veel goedkopere) 1,6mm variant bestel en gewoon dikkere of meer isolatieplaatjes toevoeg. Dat spul is toch zo goed als gratis, en ik heb er ooit een groot vel van gekocht dat ik in stukjes kan knippen.

Op deze foto zie je ook dat een M4 moer al erg dicht bij de poten van de koeler komt en een afstandsbus van die maat past er ook maar matig. Voor een eventuele volgende versie zal ik dunnere afstandsbussen moeten gebruiken en/of gaten op andere plekken moeten voorzien als ik een schild wil maken om de koeler. Dat is gelukkig geen groot probleem voor de proefopstelling. Die zal waarschijnlijk toch altijd overeind staan en de lucht omlaag blazen. Later zal moeten blijken wat ik er exact van bouw en het dan aanpassen.

Op vrijdag 7 november 2025 01:26:30 schreef Kruimel:
Dit gezegd hebbende denk ik dat ik waarschijnlijk gewoon weer de (veel goedkopere) 1,6mm variant bestel en gewoon dikkere of meer isolatieplaatjes toevoeg. Dat spul is toch zo goed als gratis, en ik heb er ooit een groot vel van gekocht dat ik in stukjes kan knippen.

Tip: Doe dan 1 van die pads ONDER de mosfet. Dus niet tussen de mosfet en de koeler, maar aan de andere kant van de mosfet tussen mosfet en print. Thermisch doet het daar niets, maar tussen mosfet en koeler verhoogt ie de thermische weerstand. Hoe minder hoe beter (maar wel genoeg dat je alle oneffenheden vlakmaakt).

Goed dat je het zegt, ik ben daar misschien niet duidelijk in geweest: de plaatjes zaten al vanaf het begin aan de "voorkant" van de MOSFET, als in: aan de niet-metalen kant met het opschrift. Je ziet hem ook een beetje zitten in de tweede foto in mijn vorige post. Ik had nooit het plan om hem van het koelblok te isoleren, en zou dat in een opstelling met een grote vermogensdichtheid ook liever doen met een keramisch (Al₂O₃) plaatje.

In dit geval zou ik wel aan blijven raden om minstens één siliconen 'pad' te blijven gebruiken voor de voorkant van de transistor, want doordat het zacht is vult het de oneffenheden in de print en behuizing op (die aan deze kant niet speciaal vlak gemaakt is), en dat verbetert (in theorie) de detectie van de temperatuur.

In deze opstelling is het lastig om te praten over "voor" en "achter" vanwege de oriëntatie, dus het is goed dat je even noemt dat dit in mijn verhaal niet duidelijk was. Op de metalen achterkant van de transistor heb ik een laagje witte koelpasta gesmeerd voor ik de koeler monteerde. Ik heb ook nog grijze Arctic MX-4 mocht blijken dat er ruimte is voor verbetering. Tot nu toe echter is die witte pasta me nog nergens tegen gevallen.

@TS,

En heb je het geheel al getest?

Nee, maar gaat zeker nog wel gebeuren. Ik was wat verstrikt geraakt in het regelen van de fan en het terugkoppelen van het NTC signaal. Het blijkt in de datasheet dat ik niet meer dan een fractie van een volt over het component mag laten vallen, wat mijn eerste schema onhandig maakte.

[Bericht gewijzigd door Kruimel op vrijdag 7 november 2025 19:19:05 (97%)]

Vandaag heb ik een experimentele schakeling gebouwd en heb ik de eerste koeler getest. De testopstelling ziet er zo uit:

De meters tonen van links naar rechts:

• De weerstand van de 100kΩ* NTC;
• De spanning op de aansluiting van de print met de MOSFET;
• De stroom naar de print.

Hier heb ik de stroom iets terug gedraaid om een foto te nemen.

Om te testen heb ik de fan op maximaal gezet en regel ik de stroom door de MOSFET met de hand zodat de weerstand van de NTC zich stabiliseerde op ongeveer 3kΩ. De karakteristiek van de NTC uit de datasheet ziet er zo uit (lijn 5):

Op 3kΩ is de temperatuur dus ongeveer 115°C.

De koeler die ik heb getest is een E97379-001 gemaakt door Nidec. Blijkbaar werden enigszins verschillende koelers met dit typenummer ook gemaakt door Delta en Foxconn. Ik heb getest met de eerdergenoemde IXFX44N60P die zonder isolatie en met anonieme witte koelpasta tegen het koelblok is gedrukt. Ik heb twee lagen siliconen isolatieplaatjes gebruikt als vulmiddel tussen de voorkant van de transistor en de print om de druk precies zo te krijgen dat ik er blij van werd.

Het eerste resultaat viel me reuze mee: 168W bij een omgevingstemperatuur van ongeveer 18°C. Dat was meer dan ik verwachtte, en lijkt te wijzen op een thermische weerstand van de koeler van ongeveer 0,4°C/W. Nu weet ik natuurlijk de werkelijke temperatuur van de 'die' niet en mijn meetmethode is ook maar schatten, maar omdat de transistor nog leeft ben ik optimistisch. Dit vind ik een goede prestatie voor zo een simpele en relatief stille koeler met een 80mm waaier. Het tachosignaal was ~64Hz, wat met 2 pulsen per omwenteling een toerental van 1920rpm zou geven. Dat toerental klinkt aannemelijk in vergelijking met bekende ventilatoren.

De stroomregeling is niet helemaal stabiel wat deze test een beetje zenuwslopend maakt, dus ik zal daar eerst nog aan moeten werken voor ik verdere tests ga doen. Dan kan ik daarna misschien wat gaan variëren met verschillende koelers, koelpasta en ventilatorsnelheden om te zien of het uitmaakt.

Mijn plan is om de NTC uiteindelijk direct terug te laten koppelen naar de stroomregeling zodat ik de schakeling alleen aan hoef te zetten en hoef te wachten tot de temperatuur gestabiliseerd is in plaats van dat ik met de hand aan de knoppen moet zitten.

*Op 25°C.

Waterkoeling doen,dat kost weing em werkt erg goed en metaal op metaal geeft de laagste overgangsweerstand, schuren en polijsten. https://vissertechniek.nl/tips-polijsten-metaal/

wat raaf zegt, je S775 koeler is een laag model voor cpu's met laag vermogen. de duurdere cpu's hebben TDP van 130W, de celerons 35-65W beetje de middenmoot doet een 65-95W. die lage koelers zaten nooit bij die 95-130W cpu's maar bij de max 35-65W uitvoering. heb zat ouwe pc's uit elkaar gedaaid om dat te weten

Op zondag 9 november 2025 03:32:12 schreef Kruimel:
Op 3kΩ is de temperatuur dus ongeveer 115°C.

Die NTC is redelijk lineair.

Mijn plan is om de NTC uiteindelijk direct terug te laten koppelen naar de stroomregeling zodat ik de schakeling alleen aan hoef te zetten en hoef te wachten tot de temperatuur gestabiliseerd is in plaats van dat ik met de hand aan de knoppen moet zitten.

Wat ga je als regeling gebruiken, een controller of ga je het annaloog doen met discrete componenten?

Hi,

Als eerste dit, "Lap" je transistor en je koelblok een beetje.
Dus licht schuren met correl 2000 of zo op een glasplaatje, het hoeft maar een klein beetje.
Er is redelijk wat te vinden hierover over de perfecte manier, oppervlakten die b.v. glimmen asl een schijfje out een harddisk.
Dat is niet nodig, bij veel modernere CPU koelers zit meestal goede koelpasta die vaak donkergrijs is.
Echt een minimale hoeveelheid gebruiken, er mag eigenlijk bijna geen film tussen de transitor en het koelelement zitten.

Wat tips voor de NTC, boor een gatje in het blok vlak bij of onder de transistor, dat is lastig bij een Heatpipe koeler.
Dan zo vlak mogelijk haast de transistor te hoogte van de chip in de transistor behuizing, dus niet bij het gaatje als de transaistor behuizing die heeft.

Hieronder een kleine selectie uit mijn NTC voorraad en wat uitleg.

.

De waarde is even niet van belang die er bij sommige modellen bij staat.
Wat wel van belang is is deze, hoe goed is de warmte overdracht van het koelelement naar de NTC, hoe beter, hoe koeler je de Chip houd zonder te veel "Lag" in je regeling.

DO Behuizing
Als eerste de linker diode behuizing, als goed vastgezet met thermische lijm kan je daar aardige resultaten mee behalen.
Een gaatje door het koelblok heen met thermische pasta is het beste.
Maar dan het probleem, de bedrading is dik en trekt energie van de NTC zelf weg, dus als dit niet geoptimaliseerd wordt meet je altijd een te lage temperatuur me vrij veel "Lag" Lag is trouwens vertraging en als je de NTC met wat dikker montage draad aansluit,
meet je door het warmte verlies een te lage temperatuur.

Druppel-01
Dit is een "China" goedkope druppel NTC met dikke stugge bedrading wat geen koper is, koper zou ook niet gunstig zijn!
De bedrading moet meestal zo min mogelijk energie transporteren van en/of naar de NTC, uitzonderingen daar gelaten.
Bij het tegen een koelplaat duwen, is de oppervlakte die tegen het koelelement komt klein bij deze druppel NTC.
Je zal bij deze druppel modellen de draden zo dun mogelijk isoleren en dan het liefst met thermische lijm tegen het koelelement bevestigen.

Druppel-02
Het goedkope glas model, hier heb ik wat minder goede ervaring mee, dat was denk ik meer de oorzaak van mijn montage techniek.
Het was een koelblok met vier Power transistoren en vlak onder de Chip van de transistoren zaten de NTC dat is vier stuks gemonteerd.
Twee waren er stuk gegaan na montage in een gat met koelpasta, dus waarschijnlijk mijn eigen schuld
Deze glas NTC's zijn vrij kwetsbaar.

Druppel-03
Dit model heeft er dikke bedrading en vind ik voor deze toepassing ongeschikt.

FlatFlex
Voor montage net naar de Power transistoren is dit een goed model, verder met heel dun draad de NTC aansluiten,
ik gebruik hiervoor "Kynar" draad voor.

Vishay NTC buisje
Dit is een door mij regelmatig gebruikte NTC, hij is goed in een gaatje in een koelelement te monteren,
maar ook goed te lijmen tegen het koelelement aan.
Voor de indruk, de gele draden aan deze NTC zijn ongeveer even dik als het Kynar draad waar ik het verder mee aansluit.
De gele aansluidraden van deze NTC monteer/lijm ik dus tegen het koelelement aan om de Lag te verminderen.

De ventilator regeling
Vaak neem ik hiervoor een referentie zener, Nee geen LM399 maar b.v. een LM431 op b.v. 5V ingesteld.
Dan een weerstand brugje met drie weerstanden en de NTC, neem de serie weerstand van de NTC zo dat die de waarde heeft van de tempearuur
Die je normaal acceptable vind op je meetpunt waar je NTC gemonteerd zit, natte vinger zeg 75C.
Dan regeld hij het mooist rond deze temperatuur.

Nog een puntje, ik laat de ventilator altijd lopen, ik zoek voor het model dat ik gebruik de minimale spanning uit bij een lineaire regeling.
Kies dan een punt vlak er bovent en test of de ventilator altijd goed opstart.
Vaak is de ventilator dan nog niet te horen en voor het meeste gebruik zijn de koelprestaties dan al zeer goed.
Dit komt doordat de lucht dan al in beweging is en het koelvermogen dan al vrij hoog is.
Hoe beter de kopeling is van de NTC met de warmte bron des, te mooier regeld het geheel.

Soms kan die hele snelle regeling voor de gebruiker irritant zijn, dit i.v.m. het ventilator geluid.
Door de de ventilator altijd al te laten draaien, is dit punt al vrij ver "verlegt" naar hogere dissipatie's.
Je kan in de regelloop een "kleine" tijdconstante aanbrengen zodat de regelening een beetje rustiger wordt.
Maar hou er rekening mee, dat de betrouwbaarheid van het geheel, boven het geluid van de ventilator gaat.
Ga je de ventilator echt horen, dan is dat zeker nodig, dit omdat je dan veel aan het dissiperen bent.

Groet,
Bram

Hee blackdog, leuk dat je ook even komt meekijken!

Eigenlijk ben ik best blij met deze resultaten. Zonder speciale behandelingen of geselecteerd materiaal kan ik structureel >160W dissiperen in deze koeler op een redelijk dragelijke 2000rpm. Het verraste me eigenlijk hoe ver je zo kan komen. Deze opstelling zou wel toelaten eens te testen hoe veel het eigenlijk uitmaakt om de contactvlakken te polijsten, maar ik heb geen schuurpasta. Zou je het interessant vinden eens samen te werken en deze transistor eens de "blackdog behandeling" te geven om te zien hoeveel winst dat geeft?

Wat betreft de montage van de NTC heb ik een andere strategie gekozen, gebaseerd op de waarneming van Douglas Self in "Audio Power Amplifier Design Handbook" dat de voorkant van de transistor een directere toegang geeft tot de temperatuur van de chip. Dat klinkt niet logisch, want plastic is een slechtere warmtegeleider dan metaal, maar omdat er aan de voorkant zo goed als geen warmte-afvoer plaatsvindt en er geen grote thermische massa aan hangt zou de temperatuur dichter bij die van de chip zitten en er sneller op reageren. Ik zou in theorie een klein gaatje in het koelblok kunnen maken en een tweede NTC kunnen monteren onder de transistor om het verschil zichtbaar te maken, maar dat is wel gedoe om daadwerkelijk te doen en goed te testen. Mocht je het interessant vinden kan ik je wel een proto geven om hiermee te spelen en testen.

Overigens heb ik (deels naar aanleiding van jouw voorwerk) de opstelling met zo een parelvormige NTC al in gebruik in mijn 24V voeding en dat werkt prima:

Hier heb ik handmatig de temperatuur van de behuizingen van de transistoren gemeten om de fanregeling (ook van jouw hand) zo in te stellen dat die niet harder draaien dan nodig. Je merkt hier wel dat de temperatuur die je meet lager is dan die van de transistor. Deze opstelling haalde (toevallig) ook 168W, maar daar had ik daadwerkelijk nog marge in omdat ik de ventilator regelde en niet op zoek was naar de limiet. De fan liep indertijd volgens mij op een volt of 10 en bleef zelfs redelijk stil.

De volgende stap in deze missie is wat mij betreft om het vermogen te regelen op basis van de temperatuur, niet de fansnelheid. Die zet ik in dit geval vast op (initieel) 100% PWM en ik ga dan kijken hoe ver ik kan komen met het vermogen. Deze test zou ik dan makkelijk kunnen herhalen met lagere fansnelheden om een idee te krijgen tot welke vermogens ik deze opstelling zou kunnen gebruiken.

Op zondag 9 november 2025 10:03:57 schreef Lambiek:
Wat ga je als regeling gebruiken, een controller of ga je het annaloog doen met discrete componenten?

Mijn plan is om het analoog te doen, want de stroomregeling is dat nu ook (ik zal het schema nog even moeten uitwerken).

Die NTC is redelijk lineair.

Interessant dat je het zegt, weet jij toevallig hoe die karakteristiek werkt? Volgens de datasheet is dit een NTC met een B-constante bij van 4334K voor 25/100°C, maar ik snap niet hoe ik dit getal moet interpreteren. Ik dacht een formule te kunnen maken om de temperatuur uit te rekenen als functie van de gemeten weerstand.

Op zondag 9 november 2025 09:10:29 schreef testman:
wat raaf zegt, je S775 koeler is een laag model voor cpu's met laag vermogen. de duurdere cpu's hebben TDP van 130W, de celerons 35-65W beetje de middenmoot doet een 65-95W. die lage koelers zaten nooit bij die 95-130W cpu's maar bij de max 35-65W uitvoering. heb zat ouwe pc's uit elkaar gedaaid om dat te weten

De lage koelers als deze kwamen bij zo goed als alle socket H Intel CPU's uit die periode. Volgens mij waren die hoge voor de 'high end' socket B (LGA 1366) en R (LGA 2011 en LGA 2066). Ik weet het niet zeker, want op de zwaardere CPU's zal je best vaak de originele koeler toch niet meer vinden.

In mijn voorraad zit veel variatie: de E97379-003 ziet er praktisch hetzelfde uit, maar de fan draait sneller. Deze gaan (aldus het tachosignaal) tussen de 2700 (Nidec fan) en 2880rpm (Delta fan), en de -001 variant iets van 2000rpm. Ook heb ik er nog eentje met een koperen kern met typenummer E97378-001 en een Nidec fan die tot ongeveer 2000rpm gaat.

Deze zijn trouwens niet voor socket 775, maar voor socket H (waar 5 varianten van bestaan: LGA 1156, LGA 1155, LGA 1150, LGA 1151 en LGA 1200, op deze volgorde). De montagegaten zijn anders en ze zijn niet compatibel. Ik heb wel twee E33681-001 van Nidec, één zie je op de 'dummy load' uit de openingspost.

Hieronder zie je de E97378-001 (boven), de E33681-001 voor LGA 775 links en de E97379-003 met Delta fan rechts:

De fans op de socket 775 koelers draaien langzamer (~1560rpm), maar zijn iets groter in diameter (83 vs 77mm). Ik kan de prestaties niet makkelijk vergelijken omdat ze niet op mijn print passen, maar in mijn 'dummy load' maken ze een goede indruk. Ik denk niet dat ik een tweede print ga laten maken voor alleen de ene koeler in die maat die ik nog over heb.

Hi,

In een minuut of vijf voor elkaar, als je de spullen bij de hand hebt.
Hier dus korrel 2000 maar dus liever 3000 op een glasplaatje en een druppel water.

.

De onderzijde van de transistor, hier nog zonder behandeling.

.

Het water met mijn vinger uitgesmeerd over het schuurpapier.

.

Nog meer krassen?
Druk echt heel licht op de transistor en draai kleine rondjes-8.
Nu kan je rechtboven en links punten zien die niet in het platte vlak liggen.
Net als een klein strookje aan de onderzijde van het metaal.

.

Hier heb ik een nog even kort nog wat meer geschuurd.

.

En dit is met de laatste behandeling, Brasso Silverpoets.
Heel veel van die hele kleine krasjes zijn nu weg.
Je kan ook alleen Silverpoets gebruiken zonder het nat schuren, hangt van je transistor/koelelement af hoe het er uit ziet.
Ga met het lappen niet te ver in voor dit soort projecten, je bent hier niet een processor ver aan het overklokken,
maar een kleine optimalisatie aan het doen en goede pasta gebruiken en dan ook nog eens heel weinig pasta.

.

Wat ik hier laat zien is dat je met een kleine tijd investering, je Chip temperatuur nog wat lager kan houden en dat het daardoor betrouwbaarder wordt.
Oja, de sensor direct boven de chip monteren, dat kan zoals je al aangeeft, ik weet alleen niet of dat altijd optimaal is.
Hangt van de montage af, als de dikke Power transistor geklemt word met zo'n dikke klemveer, dan is dat misschien wat minder gunstig.
Zelf uitzoeken wat optimaal is voor je toepassing, een warmtebeeldcamera kan hierbij vaak helpen als je die beschikbaar hebt.

Groet,
Bram

PS
Bij sommige transistoren, dit vooral als je te veel lapt, komt het plastic rond het gat op de zelfde hoogt te liggen als het metaal.
Dit is ongewenst, dan haal ik meestal wat plastic daar weg als ik mij niet heb kunnen beheersen(te hard gedrukt of te lang schurpapier gebruikt)
Meer is niet altijd beter.

Heb je enig idee hoeveel warmteweerstand dat hier zou schelen? Met een ΔT van 107°C kan ik 168W aan warmte kwijt, dat geeft een warmteweerstand van 0,64°C/W, waarvan 0,12 in de behuizing zit en typisch 0,19 tussen de behuizing en het koellichaam. Dat laat 0,33°C/W over voor de warmteweerstand van de koeler, wat onder het aannemelijke bereik van zo een kleine koeler zit. Mijn angst is dat die 0,19°C/W aan contactweerstand in werkelijkheid al minder is dan dat, en ik hier gewoon niet zo veel ga kunnen winnen daar waar de koeler zelf waarschijnlijk de belemmerende factor vormt.

Ik heb de spullen hiervoor niet direct klaar liggen, maar ik ga er misschien naar kijken als blijkt dat de andere koelers beter presteren. Op dit punt lijkt het me sterk vanwege de goede prestaties van dit exemplaar dat geen koper bevat en niet de sterkste fan van de set heeft. De berekende 0,4°C laat helemaal niet zo veel ruimte voor verbetering tenzij je echt met water gaat koelen zoals eerder gesuggereerd. Mijn doel met dit ontwerp is echter om een oplossing te bouwen die ik zo ver gekarakteriseerd heb dat ik hem met wat marge kan toepassen en er van uit kan gaan dat het goed komt.

Deze fan gaat terug naar 1000rpm als ik de PWM terug draaide naar 0%. Op die snelheid was hij redelijk stil en kon ik tot mijn verbazing nog steeds 125W dissiperen. Waarschijnlijk wordt dat de modus waarin hij in de toekomst het meeste zal draaien. Als ik er even van uit ga dat de Θ_CS niet 0,19°C/W is maar 0,12, dan zou dat betekenen dat de warmteweerstand bij 1000 en 2000rpm ongeveer 0,62 en 0,40°C/W is. Ik weet dat haast geen van mijn metingen de nauwkeurigheid hebben om meer dan een indicatie te zijn, maar het toont aan dat met simpele middelen ruim boven de 100W realistisch is. Ik ga nog wel even spelen met de andere koelers om te kijken of ik veel variatie zie.

PS Het is best aannemelijk dat ik met de positie van deze NTC de temperatuur van de chip in de behuizing enorm onderschat. Helaas heb ik geen makkelijke manier om dat te controleren, maar ik zal eens een meting doen van het verloop van de U_GS. Dan zou ik in elk geval kunnen correleren met het gegeven verloop tussen 25 en 125°C zoals in de datasheet gegeven staat.

edit: De U_GS verloopt van ongeveer 5,61V naar 5,23V bij een stroom van 14A, een verloop van 0,38V, terwijl de grafiek in de datasheet een verloop geeft van 0,3V bij 15A tussen 25 en 125°C. Als ik dat lineair extrapoleer zou dat betekenen dat mijn meting er ongeveer 29°C onder zit. Dat zou de lage berekende thermische weerstand voor de koeler verklaren. Eigenlijk zou ik iets moeten bouwen om periodiek de stroom kort te onderbreken en een snelle meting van de R_DSon te doen omdat die duidelijker correleert met de temperatuur van de chip.

De testschakeling
Om de koelprestatie van de koelers te testen heb ik een schakeling ontworpen om de transistor gecontroleerd te laten dissiperen. Hierbij heb ik een feedback ingebouwd van de NTC naar de stroomregeling zodat de stroom automatisch wordt bijgeregeld als de temperatuur stijgt:

Links zie je een oscillator die een PWM signaal genereert om de fan aan te sturen. Ik wilde de optie hebben om de fansnelheid te kunnen regelen. Op dit moment gebruik ik dat niet, dus waar niet vermeld draai ik de fans op 100%.

De testvoeding die ik gebruik komt uit een afgedankte kantoor-PC, en is mogelijk een propriëtaire ATX12V variant. Hij heeft alleen 12V uitgangen, ook voor de stand-by spanning. Die gebruik ik voor de fan en stuurstroom van de stroomregelaar. In het midden is een schakelaar geplaatst die de 12V doorschakelt naar de stroomregelaar op basis van het PWR_GOOD signaal. Er is ook een schakelaar die de voeding activeert door de PWR_ON naar aarde te schakelen. De schakeling zou dus pas stroom van de "grote" 12V moeten trekken zodra de voeding het PWR_GOOD signaal geeft.

De laststroom wordt gemeten met een 10mΩ shunt, en de stroom zou ongeveer 22A moeten zijn. Dat is in de praktijk meestal rond de 21A als de NTC nog koud is en stabiliseert de schakeling naar een NTC weerstand van ongeveer 4 a 4,5kΩ.

[Bericht gewijzigd door Kruimel op woensdag 12 november 2025 12:27:44 (14%)]

Koelpasta
In eerste instantie heb ik getest met goedkope witte koelpasta, maar omdat ik ook de grijze Arctic MX-4 had heb ik die op de tweede koeler met een koperen inzet getest. Dat maakte veel meer uit dan ik dacht.

Deze test heb ik ook gedaan met een aangepaste manier van aandrukken. Eerst had ik twee standaard isolatieplaatjes gestapeld over de hele voorkant van de transistor, maar naderhand heb ik een kleiner stuk uit een 0,7mm dik isolatiehoedje geknipt (een voorbeeld van welke je rechts ziet liggen):

Ik had het idee dat de druk op de transistor niet zo groot hoefde te zijn, en dat leek later vrij aardig te kloppen. Het plaatje is ongeveer half zo lang en half zo breed als de transistorbehuizing.

Wat ik merkte is dat het hielp om de transistor warm te stoken en het aluminium koelblok wat heen en weer te bewegen zodat de koelpasta wat kan settlen voor ik een echte vermogenstest ging doen. Ik ga dat misschien met die witte pasta ook nog eens doen.

Eerste testresultaten
Deze test heb ik gedaan nadat ik met wat iteratie en NTC terugkoppeling een redelijke maximale dissipatie had vastgesteld, en vervolgens heb ik de NTC ontkoppeld en aan mijn multimeter verbonden. De terugkoppeling had richting de hoogste temperatuur invloed op de stroom en de stresstest werd daardoor inconsistent. De omgevingstemperatuur was ongeveer 15°C.

Koeler 2 (E97378-001, Nidec fan, koperen inzet, 100%PWM)

ID    UDS    Pdiss UGS   RNTC TC
21,2A 11,88V 252W  5,16V 108k t~=20oC
20,9A 11,76V 246W  4,88V 3k12 t~=115oC

De getallen voor P_diss en T_C zijn berekend uit de andere getallen in de tabel. De eerste regel is de situatie direct bij aanvang van de test, de tweede is na het bereiken van equilibrium.

Ik heb de U_GS gemeten omdat ik hoopte dat ik de temperatuurstijging van de chip kon afleiden uit de getallen. De initiële spanning heb ik met de "record" functie van mijn multimeter gemeten omdat die vanaf koud erg snel verandert. Dat lukt een beetje, maar geeft nogal een onzekerheid. Ik ben er van uit gegaan dat een daling van 0,3V op 20A een temperatuurstijging van 100°C zou betekenen, zoals de datasheet impliceert:

Ik heb geen idee van de nauwkeurigheid van zo een karakteristiek, dus ik gebruikte dit nu als een 'sanity check' bij gebrek aan beter. In dit geval zou het betekenen dat ik met een T_C van 110°C en een opwarming vanaf 20°C grofweg 120°C heb bereikt op de chip, wat de meting een afwijking geeft van ongeveer 10°C. Een andere transistor/koelblok-combi impliceerde een verschil in temperatuur van 18°C tussen de chip en de behuizing.

Thermische reactietijd
Toen ik aan het testen was merkte ik wel dat er teveel vertraging was tussen de opwarming van de NTC en de opwarming van de chip. Ik heb getest wat er gebeurde bij het loskoppelen van de fan, en dat leidde ertoe dat de chip heter werd dan de gespecificeerde 150°C. Dit zag ik (vertraagd) ook terug bij de NTC, maar wel te laat als je die hogere temperaturen voor wil zijn.

Met deze stresstest had ik overigens wel geluk, want ik ontdekte dat de R_DSon (die een positieve temperatuurscoëfficient heeft) toevalligerwijs op 12V de drainstroom beperkt als de chip te heet wordt. De R_DSon is op 25°C 0,19Ω (wat 60A toelaat met een 10mΩ shunt), maar die stijgt met de temperatuur:

Er is dus ergens een temperatuur dat die boven de 0,56Ω komt, dat is dus 2,95 keer de nominale R_DSon. Als ik met een schuin oog deze grafiek extrapoleer komt dat neer op een T_J van iets van 190°C. De transistor heeft dit overleefd, maar het is duidelijk dat het waterdicht beschermen van de transistor met deze dissipatie niet triviaal zal zijn.

De stroom daalde uiteindelijk wel doordat de NTC opwarmde, maar die reageert in deze opstelling duidelijk niet snel genoeg om de transistor in alle omstandigheden te beschermen tegen te hoge temperaturen zonder de maximale temperatuur te zeer te beperken. Wellicht zou het iets beter zijn met een soort 'feed forward' compensatie, maar dat is op deze tijdschalen lastig om met analoge componenten te doen. Het doel van deze testopstelling is echter om te testen hoeveel vermogen in deze opstelling redelijkerwijs gedissipeerd kan worden, en dat kan ik zonder snelle reactietijd ook nog wel voor elkaar krijgen. Als deze transistoren permanenter implementeer zal het maximale vermogen sowieso kleiner worden dan de limiet zoals ik die hier aan het onderzoeken ben.

Voorlopige conclusie
Ik ben best onder de indruk van de grootte van de vermogens die in deze opstelling mogelijk zijn. Deze koeler met de koperen inzet is in een duurtest tot meer dan 240W gekomen, en een andere koeler zonder koperen inzet (waarvan ik de resultaten nog niet heb getoond) kwam tot ongeveer 210W, beide met fans die ongeveer 2000rpm draaiden.

De eerste tests met de fans op een lagere snelheid zijn ook hoopgevend, maar daar heb ik last met het feit dat de fan van de voeding die ik gebruik mijn metingen verstoorde omdat die de warme lucht van de koeler inademde en harder ging draaien en dat gaf een thermische oscillatie die het resultaat inconsistent maakte. Het lijkt er op dat ik ongeveer 150W gedissipeerd krijg met de fan op 1000rpm bij grofweg dezelfde temperatuur van de chip (gemeten via de U_GS-methode).

Inschatten temperatuur
Vandaag en gisteren heb ik weer met de test schakeling lopen spelen, en het blijkt dat ik de temperatuur van de chip behoorlijk heb onderschat in mijn eerdere aannames. Ik dacht dat de gemeten temperatuur bij de NTC redelijk in de buurt zou zitten van de temperatuur in de behuizing, en dat leek bevestigd te worden door het verloop van de U_GS dat ik zag. Hierin bleek ik het tweemaal fout te hebben:

• De NTC wordt duidelijk sterk gekoeld door de omgeving en luchtstromen in de buurt;
• De piek in de U_GS is best kort door de combinatie van hoog vermogen en kleine thermische massa van de chip.

Dit bleek doordat ik de R_DSon een aantal keer zo hoog opgestookt heb gekregen dat die de limiterende factor werd, wat wijst op een temperatuur van circa 200°C.

Ook bleek bij één van de transistors waar ik de stresstest op had gedaan aan de achterkant het soldeer te zijn gesmolten :

Dit reliëf was er bij het plaatsen van de transistor op het koelblok zeker weten niet. Het toont wel dat de behuizing een beetje concaaf was. Ik was een beetje sceptisch over het vlak schuren van transistoren, maar ik ben toch maar even naar de bouwmarkt gefietst om een paar velletjes fijn schuurpapier. Nu had ik in elk geval een duidelijk eindpunt om te bereiken. Dit is dezelfde transistor na een tijdje vlakken:

Deze transistor zit nu weer onder zijn koelblokje gedrukt. De kans is dat hij iets geleden heeft onder de hoge temperaturen, maar ik zie zo snel geen symptomen van degradatie. Ik heb bij andere transistoren van dit type ook een vergelijkbare concave vorm geconstateerd.

Isoleren NTC
Het lijkt er sterk op dat de temperatuur die de NTC registreert erg afhankelijk is van luchtstromen. Ik zal waarschijnlijk eerst de onderkant van de PCB thermisch proberen te isoleren zodat de temperatuur zo veel mogelijk naar een betrouwbaar eindpunt groeit.

Waarschijnlijk zal ik als tweede de volgende versie van de print ontwerpen met een uitsparing in het kopervlak waar de warmte doorheen moet. Ik heb het idee dat een deel van de warmte nu via dat koper door de luchtstroom van de koeler wordt beïnvloed. Als ik de snelheid van de fan aanpas krijg ik vaak een overgangsverschijnsel dat er waarschijnlijk mee te maken heeft.

Intussen is het lastig testen om de verschillen zichtbaar te krijgen. Relatieve kleinigheden lijken veel invloed te hebben op de warmtehuishouding, dus ik ben voornamelijk nog bezig om variabelen uit te sluiten. Het lijkt er op dit moment op dat in een enkele van deze transistors bij 15°C een Watt of 175 weg te stoken is zonder hem misdadig over te belasten, waar ze overigens verrassend goed tegen blijken te kunnen. Er is nog geen enkele transistor gesneuveld in deze tests.

Ik heb zelf nu een paar van deze NTC sensoren gekocht.
https://www.baco-army-goods.nl/ntc-weerstand/
300°C is mooi hoog genoeg.

Er zit heel dun koperdraad aan de sensor wat gunstig is.

Mijn methode van bevestigen is heel simpel. Ik gebruik aluminium tape van 0,1mm dik. De tape zelf geleid vrij goed warmte en omdat je het over de sensor plakt krijgt het aan alle kanten warmte toegevoerd. Over de tape kan je dan weer een isolerende laag doen.

Dikker alu tape is beter maar je kan ook meerdere lagen gebruiken.
Koper tape zou ook kunnen maar nooit mee gewerkt.

Op mijn werk op het terrein van shell installeerde ik tracing en de PT100 sensoren werden met 3 lagen alu tape aan de leiding bevestig. Soms werd over de tracing zelf ook nog een laag alu tape gedaan zodat de warmte van de achterkant meer benut word.

Die heb ik in het verleden wel gebruikt in mijn 24V voeding: Kruimel in "Projectje: 24V voeding met foldback stroombegrenzing". De mijne kwam van eBay, dit spul wordt blijkbaar gebruikt in 3D-printers. Zo ver ik kan zien niets mis mee, maar die moet je met de hand kalibreren omdat de karakteristiek ervan niet bekend is.

Overigens blijkt de SMD opbouw die ik nu heb geen enorm succes: het lijkt er op dat de reactietijd niet zo goed is als ik had gewenst. Misschien komt dat door de kopervlakken rond het component die warmte afvoeren, maar dat weet ik niet zeker. Misschien maak ik nog wel een keer een aangepaste versie.

Ook heb ik een NTC stuk op één van mijn koelertjes. Het lijkt er op dat de combinatie van thermische belasting en de mechanische druk van het montage mechanisme op de print zo een component kapot kunnen krijgen. Op zich is dat niet ondenkbaar, de plek waar de NTC zit is de vervorming van de PCB het grootst, dus ik denk dat de andere NTC's ook mogelijk eens de geest zullen gaan geven. Dit deel van mijn idee was tot nu toe dus nog geen doorslaand succes...

In de volgende posts hoop ik met de resterende koelers een wat beter onderbouwd idee te kunnen vormen over wat een zinvolle maximale dissipatie zou zijn voor deze constructie.

Even een korte update: ik ben nog steeds bezig met het karakteriseren van de koelers, maar blijf een beetje hangen op het feit dat ik geen goede indicatie kan krijgen van de temperatuur op de 'die'. Het is me duidelijk geworden dat ik de temperatuur tot nu toe zeer heb onderschat, maar omdat de transistors redelijk tegen overbelasting bleken te kunnen viel dat niet zo op. Een voorlopige schatting is dat de NTC het temperatuurverschil tussen de chip en de omgeving met 2-2,2x onderschat.

De schakeling regelt de stroom nu zelfstandig naar een NTC weerstand van iets boven de 15kΩ, wat een temperatuur van ongeveer 65°C betekent, en met een T_A van 15°C zou dat een T_J betekenen van 115-125°C. Dat is wat mij betreft een veilige waarde waar ik structureel mee kan testen. Ik kan nu snel verschillende configuraties testen door het gewenste printje gewoon aan te sluiten en de voeding aan te zetten. Dan wacht ik tot er een evenwichtstoestand is bereikt en noteer ik de stroom bij deze specifieke configuratie en heb ik een indicatie van de koelprestatie.

Met gebruik van deze methode ontdekte ik dat:

• De druk op de transistor niet heel groot hoefde te zijn, dus ik heb alle koelers aangepast om maar één siliconen vulplaatje van 0,35mm te gebruiken;
• Een vermogen van ongeveer 120W mogelijk is met alle varianten van de koeler met deze combinatie van NTC weerstand en externe temperatuur;
• De koeler met de koperen kern presteert beter dan de aluminium versies, ook op lage toeren;
• Zelfs met de fans op minimaal (±1000rpm) waar ze praktisch onhoorbaar zijn, je een aanzienlijk vermogen kan halen (>75W).

Het overzicht dat ik heb is een beetje een mijnenveld van externe invloeden en detail-verschillen in de meetopstelling geworden, dus dat zal ik jullie even besparen.

Je zou de temperatuur van de die kunnen meten door de stroom kortstondig te onderbreken en de Vforward van de body diode te meten. Je kunt op die manier inschatten hoe ver de meting van de NTCs van de werkelijkheid zit.

Het verschil tussen wel en geen geforceerde luchtstroom is groot, maar het verschil tussen blazen en hard blazen is veel kleiner. Je kunt de temperatuur van de in- en uitgaande lucht meten om de efficiëntie van de overdracht te bepalen.

Interessant punt, ik had nog niet overwogen om de diode-spanning te meten. Voor deze MOSFET is daar helaas ook geen karakteristiek voor gegeven.

Ik wilde eigenlijk de U_GS als indicatie gebruiken, maar kwam er achter dat de opwarming van de 'die' een erg korte tijdconstante had (<1ms) en ik de initiële waarde niet betrouwbaar gemeten kreeg. Daar ga ik nog mee aan de slag, maar de kans is dat het niet lukt. Ik denk dat het omkeren van de stroomrichting in die tijdspanne nog lastiger zou kunnen blijken.

De efficiëntie van de koeling hoef ik hier natuurlijk niet te meten als ik de temperatuur van de transistor en het gedissipeerde vermogen al weet.

Deze koelers zullen de rest van hun carrière waarschijnlijk op max 1500 toeren draaien, want ik zie geen echt voordeel van veel meer. Het geluid escaleert daarboven erg snel terwijl de koelprestatie dan al afvlakt.

Die karakteristiek staat volgens mij nooit in datasheets.

Het is natuurkunde: I = I₀e^U.kT/q. U naar 1 kant werken en bij kamertemp calibreren.

Frappant, ik dacht die in andere datasheets wel gezien te hebben, maar vind het inderdaad niet zo snel. Maakt verder niet uit want je kunt het inderdaad uitrekenen. Het probleem blijft dat ik dan wel dat ik in ordergrootte één milliseconde de stroom moet omkeren, naar een gekalibreerde waarde moet brengen en de spanning moet meten om een bruikbaar resultaat te krijgen. De thermische massa van de 'die' is erg klein voor deze vermogensdichtheid. Deze meting doen is makkelijker voor de U_GS, waar ik in elk geval de stroomrichting niet hoef om te keren, maar daar liep ik aan tegen een overschoot van de gemeten spanning die ik niet meteen opgelost kreeg.